胞元結(jié)構(gòu)是增材制造的一個重要的研究領域，正如建筑用的空心磚，胞元的應用減少了材料的使用，有效幫助實現(xiàn)輕量化。四種常見的胞元結(jié)構(gòu)包括蜂窩，開孔泡沫，閉孔泡沫與點陣結(jié)構(gòu)。

點陣結(jié)構(gòu)材料由于在熱、電和光學性能等方面具有的優(yōu)勢，以及作為潛在的輕量化材料而受到人們關注。點陣結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)零部件不同的外觀和性能打開了一扇門。點陣結(jié)構(gòu)所固有的復雜性，使得增材制造/3D打印技術(shù)與其制造有著天然的結(jié)合點。3D打印的一大優(yōu)勢是靈活性以及打印成本對產(chǎn)品的復雜性不敏感，這也是復雜的點陣結(jié)構(gòu)成為3D打印領域的一大熱門研究方向的主要原因。

在使用3D打印技術(shù)作為點陣結(jié)構(gòu)的制造方式時，設計師能夠釋放和發(fā)掘點陣結(jié)構(gòu)的功能和潛力，從而提高其產(chǎn)品的性能。同時，點陣結(jié)構(gòu)的設計思路也可以促使設計者重新思考零件所需的性能，以探索更多的設計空間。

結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)合

自然界中隨處可見點陣結(jié)構(gòu)，如骨骼和金屬晶體等。在產(chǎn)品設計時，利用點陣的機械效能，如超大表面積，優(yōu)異的減震性能，抗沖擊保護等，能夠克服傳統(tǒng)制造的限制，創(chuàng)造新的、更高性能的產(chǎn)品。

優(yōu)異的強度-重量比

通常有兩種途徑可以改善部件的強度-重量比。傳統(tǒng)制造中，是通過減少非關鍵區(qū)域的材料來減少材料的使用，以減輕重量。而點陣設計卻可以同時減少零件關鍵區(qū)域中的材料以減輕重量，這樣做有時確實降低了零件的整體強度，但卻可以提高強度 – 重量比。

超大的表面積

點陣結(jié)構(gòu)材料不僅重量輕，而且可以釋放大量的表面積 ，這類結(jié)構(gòu)能夠促進熱交換和化學反應。點陣結(jié)構(gòu)可以顯著增大有效表面積，如果散熱器中充滿冷空氣，也可以快速帶走熱量。以計算機熱交換器為例，計算機處理器的性能往往會受到產(chǎn)生的熱量的影響，熱交換器的工作就是在風扇的協(xié)助下，將熱量從芯片中除去并將其排出到大氣中，該系統(tǒng)的整體效率與散熱器的表面積息息相關。然而，如果沒有3D打印技術(shù)，“小” 特征想具有大表面積是難以實現(xiàn)的。

目前，從汽車、航空航天、能源到電子行業(yè)等都在嘗試使用點陣結(jié)構(gòu)提高熱交換效率。比如說，根據(jù)市場研究，UTC聯(lián)合技術(shù)在其燃氣渦輪發(fā)動機部件內(nèi)部設計了點陣結(jié)構(gòu)，它們的作用是為燃氣渦輪發(fā)動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。這些點陣結(jié)構(gòu)可以通過粉末床激光熔融3D打印技術(shù)來生產(chǎn)，還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。由于點陣結(jié)構(gòu)的存在，發(fā)動機保持了廣泛的熱交換表面，可以獲得較高的散熱表面/體積比。

出色的減震和沖擊保護

點陣還可以通過更好地吸收能量來保護產(chǎn)品。例如有點陣結(jié)構(gòu)的運動鞋中底和橄欖球頭盔緩沖結(jié)構(gòu)，在受到外力作用時，它們可以吸收撞擊力起到安全保護的作用。

審核編輯 黃昊宇